Багдаулет Кенжалиев
Директор Института металлургии и обогащения Министерства образования и науки Казахстана, доктор технических наук, профессор

К

началу века металлургия Казахстана столкнулась с качественно новой сырьевой базой — полиметаллическими рудами, сложными в химическом и минералогическом отношении, некондиционными для существующих технологий, и возрастающими запасами техногенного сырья. Такое положение к середине столетия может сложиться во всем мире. Все более осложняется экологическая ситуация. Это привело к тому, что некоторые фундаментальные положения в физике, химии и физической химии перестали удовлетворять потребности металлургической практики. Нужны новые научные подходы к созданию современных технологий, обеспечивающих комплексную переработку сложных руд.
    Создание научной базы для технологий, адаптированных к сложному минеральному сырью, требует пересмотра взаимодействия ученых, специализирующихся в естественных и технических дисциплинах. Ученые должны изыскивать пути решения накопившихся проблем, отдавая приоритет комплексному использованию сырья и экологической безопасности производства.
    В условиях глобализации экономик, применения новых принципов организации промышленного производства, повышения роли научного сопровождения всех технологических уровней в корне изменится механизм использования фундаментальных данных в производственной сфере. Необходимо приблизить достижения науки к низовым звеньям технологической цепи. Иными словами, требуется интеграция науки при решении конкретных производственных задач. Проблема сложна, но требования глобализации делают ее решение необходимым.
    В Институте металлургии и обогащения при выборе приоритетных направлений научных исследований основополагающими стали кардинальное изменение сырьевой базы металлургической промышленности и сложная экологическая ситуация. Отсюда вытекают задачи как фундаментальных исследований, так и необходимость создания высокоэффективных технологий.
    В области обогащения руд. В настоящее время переработка комплексных руд цветных и благородных металлов сложного вещественного состава характеризуется высокими потерями металлов как при получении концентратов, так и с отвальными хвостами. Нами проведен комплекс физико-химических исследований, направленных на разработку новых конкурентоспособных, экологически безопасных технологий обогащения. На основе физических и физико-химических исследований свойств минеральных зерен полиметаллических и упорных золотосодержащих руд разработаны экологически чистые и комбинированные технологии переработки труднообогатимого минерального сырья предлагаются:
    — бесцианидная технология разделения медно-свинцового концентрата в индивидуальные концентраты, способствующая повышению извлечения меди и свинца на 5 %;
    — комбинированная — цианидная и безцианидная — технология обогащения полиметаллического сырья, обеспечивающая комплексную переработку с высоким извлечением металлов в товарные продукты, с увеличением по цинку и свинцу на 5 %, меди — до 12 %;
    — технология переработки упорного золотосодержащего сырья, обеспечивающая извлечение золота из исходной руды до 90 % и получение отвалов с содержанием этого металла менее 0,5 г/т.
    Прогресс в области флотационного обогащения в значительной мере определяется совершенствованием существующих и синтезом новых реагентов, улучшением способов их эффективного использования. На основе азотсодержащих соединений в институте из доступного сырья были синтезированы порошкообразные флотореагенты с комплексообразующими функциональными группировками, обладающими свойствами: собирательными, пенообразующими, селективными по отношению к катионам тяжелых цветных и благородных металлов.
    В области гидрометаллургических процессов. Одной из первостепенных задач золотодобывающей промышленности является вовлечение в производство упорного труднообогатимого сырья. Значительное количество золота содержится в хвостохранилищах обогатительных фабрик золоторудных и полиметаллических месторождений, негативно влияющих на окружающую среду. Эффективная переработка такого сырья требует нетрадиционного подхода, так как классические способы извлечения металла не дают положительных результатов. Проводится комплекс фундаментальных исследований, позволяющий предлагать промышленным предприятиям экономически эффективные технологии переработки упорного золотосодержащего сырья и концентратов.
    Кроме значительных достижений в области химического выщелачивания, нами создан штамм бактерий, используемый в биовыщелачивании руд, способствующий переводу золота в раствор при цианидном выщелачивании упорных золотосодержащих руд и концентратов. Штамм запатентован как вид, обладающий новыми свойствами, под названием Т10ИМиО.
    Теоретические изыскания позволили получить важные практические результаты, создать технологию биохимического выщелачивания золота и сорбцию из растворов казахстанскими сорбентами (природный шунгит и селективные аниониты, синтезированные ИХН РК) из упорного и некондиционного сырья. При этом сокращена технологическая схема переработки, снижен расход реагента более чем в два раза и повышено извлечение золота на 10—15 %. Технология обеспечит также эффективную защиту окружающей среды.
    Мы усовершенствовали внедренную совместно с сотрудниками ГИНЦВЕТМЕТа на медном производстве технологию извлечения рения, что позволило значительно увеличить его выход в товарную продукцию. Казахстан по производству рения вышел на 2-е место в мире.
    Методика исследования распределения рения и осмия по всем переделам медного производства позволила ученым института создать уникальные технологии извлечения радиогенного осмия, получения соединений осмия и рения, электролитического осаждения ренийсодержащих сплавов.
    Развитие теории метастабильного состояния алюмо-кремнеземистых растворов позволило создать научные основы экологически чистых, безотходных технологий переработки некондиционного алюминиевого сырья с получением, наряду с глиноземом, дополнительных продуктов: железистого и редкоземельного концентрата, цеолитов. Новые технологии по сравнению с существующими аналогами отличаются комплексностью и безотходностью.
    Разработаны азотнокислотная технология гидротермального получения гидратированного триоксида молибдена и технология с аппаратурным оформлением по регенерации соды из растворов с применением мембранного электролиза. При этом получается готовый продукт повышенной товарной готовности. По существующей технологии на Степногорском гидрометаллургическом заводе возрастет извлечение молибдена на 10 %, улучшится качество и снизится себестоимость товарного продукта.
    Исследовано взаимодействие галлат-ионов с неокисленными формами серы, а также с отдельными фракциями органических соединений промышленных алюминатных растворов. Полученные данные выявили причину негативного влияния соединений неокисленных форм серы и отдельных фракций органических соединений на процесс электрохимического извлечения галлия. Разработаны два варианта технологии окислительной очистки промышленных растворов озоно-воздушной смесью. Оба варианта равнозначны, прошли полупромышленные испытания на ПАЗе и позволяют увеличить степень извлечения галлия в 1,5—1,8 раза, снизить расход металлического AI в 2,5—4 раза. Первый вариант рекомендуется использовать при необходимости резкого снижения содержания органики, второй — соединений неокисленных форм серы.
    В области пирометаллургических процессов. В ИМиО постоянно проводятся исследования распределения металлов при различных способах их получения, жидкофазного восстановления оксидных и сульфидных систем и процессов шлакообразования. Изучается кинетика и особенности механизма высокотемпературного восстановления оксидов металлов из многокомпонентных расплавов.
    Одной из главных проблем существующих пирометаллургических технологий является значительное содержание цветных металлов в отвальных шлаках и отсутствие технологии комплексного использования всех составляющих минерального сырья. Нами предложен новый способ совмещения печи Ванюкова с коксовым фильтром для доизвлечения ценных компонентов из медьсодержащих материалов. Проведение жидкофазного восстановления техногенных продуктов медного производства в оптимальных условиях позволило извлечь свинец в черновой металл на 96,8—97,2 %, цинк в шлак на 70—75 %, медь в штейн-шлак на 80—85 %.
    Исследован механизм декриптации флюсовых руд, используемых на медеплавильных заводах. Показано, что наличие у флюсовых руд 2—3 % оксидов кальция и магния резко снижает степень их декриптации. Это позволяет пересмотреть устоявшиеся взгляды на причины высоких потерь ценных металлов со шлаками в условиях пирометаллургических процессов. Результаты фундаментальных исследований позволили также высказать предположения о химических процессах окисления и восстановления оолитовых минералов. Эти результаты используются для создания технологии переработки оолитовых бурожелезняковых фосфоросодержащих руд. Аналогичными технологиями мировая металлургия не располагает.
    Одним из перспективных способов пирометаллургической подготовки исходного сырья и комплексной переработки его без загрязнения окружающей среды является вакуумная пироселекция, основанная на разнице в давлении пара и диссоциации сульфидов и оксидов металлов. Изученные физико-химические характеристики соединений ртути, цинка, индия, сурьмы, кадмия и мышьяка, установление факта конгруэнтного испарения сульфидов свинца, олова, таллия, инконгруэнтного разложения арсенопирита, пирита, халькопирита, борнита позволили разработать такие вакуумные технологии комплексной переработки сложного сырья, которые уже находят промышленное применение и востребованы в девяти странах мира. Разработаны технологии обезвреживания ртутных загрязнении почвы, утилизации отработанных ртутьсодержащих изделий и получения металлов высокой чистоты.
    Проводятся фундаментальные исследования по глубокому карботермическому избирательному восстановлению ильменитовых хромсодержащих концентратов. Это позволит создать новую технологию термомагнитного разделения поликомпонентных систем и плавки ильменитового концентрата на высокотитанистый шлак.
    Фундаментальные исследования позволяют сделать эффективные предложения по усовершенствованию плавильных агрегатов и технологий высококачественных огнеупорных материалов нового поколения, в том числе с использованием самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).
    В области получения новых материалов на основе металлов. Проведены исследования фундаментального и прикладного характера по разработке научных основ получения новой продукции на основе металлов и его сплавов. Получены новые данные и разработаны технологии создания современных алюминиевых сплавов и изделий из них. Необходимо отметить, что эти данные позволят выпускать высококачественные алюминиевые сплавы, экологически более безопасные по способу получения. Вместе с тем разработаны прорывные технологии получения высококачественных изделий из алюминиевых сплавов для моторостроения, которые отличаются повышенными эксплуатационными свойствами. Это позволит увеличить моторесурс поршней с 8 до 12 тыс. моточасов.
    Создана принципиально новая установка для нанесения композиционных электролитических покрытий на основе хрома для увеличения ресурса работы деталей машин, механизмов, агрегатов, штампового и тягового инструмента с использованием ультразвуковой технологии. Она не требует дефицитного дорогостоящего оборудования и может легко вписаться в любое производство, где есть гальванический цех.
    Создано производство на основе новых сплавов модификации огнезадерживающих клапанов для вентиляционных систем. Разработан процесс получения природно-легированного чугуна. Ведутся фундаментальные и прикладные разработки для создания новых материалов на основе казахстанских металлов.
    В условиях глобализации экономик странам СНГ нужно определить, кто и как формирует основные направления макротехнологий, выбрать несколько основных, которые создадут условия для успешной конкуренции в мире, не распыляя имеющиеся силы и средства как в науке, так и в промышленном производстве.